1. Vad är TTL och vad har USB med det att göra?

På något sätt lockade Ali min uppmärksamhet till en mycket billig usb till uart-omvandlare. Först var jag inte riktigt säker på vad det här egentligen var. Produktnamnet på engelska såg ut så här: "USB to TTL converter UART module CH340G CH340 3.3V 5V switch". Omnämnandet av UART och CH340G-chippet verkade skingra tvivel, men jag gillade inte frasen "USB till TTL", som också var synlig på bilden av modulen, på dess undersida. Faktum är att denna fras inte är meningsfull, vilket innebär att den öppnar ett stort utrymme för fri tolkning.

I teorin, översatt till ryska, frasen " USB till TTL" borde betyda "konvertera USB till TTL". Ingen behöver förklara vad USB är nu, men inte många har hört talas om TTL. Låt oss därför gå till historien och se vad är TTL.

Intressant nog gav både Google och Yandex, som svar på frågan "Vad är TTL", länkar om TTL från ett helt annat område. Så vad är det i förhållande till elektronik? Förkortningen TTL på ryska skiljer sig inte från den engelska versionen och står för transistor-transistor logik (TTL). Ursprungligen innebar detta koncept funktionerna i den interna strukturen hos vissa digitala mikrokretsar, en uppsättning tekniska lösningar, inklusive kretsar och tekniska. Bland annat satte TTL-standarden också en metod logisk signalkodning. Så till exempel kodades en logisk nolla av en spänning nära den gemensamma strömkabeln. Dessutom var den gemensamma ledningen ansluten till strömkällans minus och togs som nollpotential - "jord". Och den logiska enheten kodades med en spänning nära matningsspänningen + 5V. Själva matningsspänningen +5V har också blivit en integrerad del av TTL-standarden.

Det bör noteras att TTL-mikrokretsar vid en tidpunkt var mycket utbredda. I Sovjetunionen var den kanske mest kända K155-serien. Bred applikation av dessa och liknande mikrokretsar tvingade hårdvaruutvecklare att följa samma metoder för att koda logiska noll- och logiska ett-signaler, som tillhandahålls av TTL-standarden, för kompatibilitetssyften.

Men ingenting står stilla. TTL-chips byggda på bipolära transistorer, blev snart föråldrad. De tappade kraftigt mot modernare mikrokretsar både vad gäller hastighet och energiförbrukning. De började ersättas av andra familjer av mikrokretsar baserade på MIS-strukturer (metall-isolator-halvledare), och på ett enkelt sätt - på fälteffekttransistorer. Men signalkodningsstandarden skulle inte bli föråldrad, så många nya mikrokretsar, även utan att vara direkt relaterade till TTL, förblev kompatibla med TTL. Själva TTL-mikrokretsarna blev gradvis en del av historien (även om de fortfarande används i amatördesigner till denna dag), och deras vanliga namn - förkortningen TTL - fick en något annan betydelse. Nu TTL ska tolkas som "spänningsnivåstandarden för kodning av logiska nollor och ettor som används i TTL-mikrokretsar."

Och vad kan orden "USB till TTL" betyda med hänsyn till det föregående? Jag tror att det nu är klart varför den här frasen inte är meningsfull.

2. Gränssnittsomvandlare på CH340G-chippet

Det slutade med att jag beställde den här produkten. Det kostade mig 44,30 rubel med frakt, det vill säga nästan för ingenting. Men så är inte fallet när billigt betyder dåligt. När den var ansluten identifierades den omedelbart i systemet (Windows 8.1). Det var inga problem med förarna. Tidigare har jag redan anslutit en annan omvandlare till CH340 (den i form av en USB-COM-adapterkabel), så drivrutinen var redan installerad. Jag måste säga att förra gången behövde jag inte leta efter en drivrutin och installera den manuellt - allt kom ut automatiskt läge. Nu tidigare installerad drivrutin kände omedelbart igen den nya enheten.

Som väntat visade det sig vara en USB-UART-omvandlare, som de jag köpte tidigare. Av de användbara signalerna matas endast TXD och RXD ut till modulkontakten. Det här passade såklart inte mig. Att veta att mikrochippet CH340G säkerställer bildandet av ett komplett* set RS232-signaler, Jag köpte den här modulen med förväntning om ytterligare förbättring. Förresten, alltså lågt pris- detta är till stor del en konsekvens av "underlägsenhet" denna modul. Med endast TXD- och RXD-signaler är dess möjligheter kraftigt begränsade. Men med en komplett uppsättning RS232-signaler blir modulens möjligheter och dess omfattning verkligen outtömliga (det är inte alls nödvändigt att använda RS232-ingångarna och -utgångarna strikt för deras avsedda syfte). En sådan port kan till och med betraktas som lågbit parallell port med godtycklig inställning av signaler på tre utgångar och godtycklig polling av status för fyra ingångar. På denna sida kan du se olika varianter använder samma modul. Men en omvandlare med en hel uppsättning signaler kostar vanligtvis en storleksordning dyrare. Varför betala för mycket? För de som är vänner med en lödkolv, optimal lösning- köp en "halvfabrikat" och få den till fullt skick.

* Under den "kompletta" uppsättningen RS232-signaler menar vi här signalerna COM-port, även om RS232-standarden tillhandahåller många andra signaler som inte används i COM.

Jag kommer att tillägga att modulen har tre lysdioder (alla röda), varav en signalerar matningsspänningen från USB, och de andra två visar status för TXD- och RXD-signalerna (tänds på logisk noll, det vill säga när spänningen är låg i förhållande till GND).

3. Förfining av UART-modulen till en fullfjädrad RS232TTL

I allmänhet bestod hela förfiningen endast i lödning till motsvarande ben på mikrokretsen. För att göra detta var det först nödvändigt att skära ett fönster i ett värmekrympbart skal. Överensstämmelse mellan slutsatser chips CH340G Och RS232-signaler se tabellen i Tabell 1.

Som kan ses i tabellen är alla signaler, förutom TXD och RXD, på samma sida av mikrokretsen, men TXD och RXD matas redan ut till kontakten, så det var nödvändigt att löda ytterligare ledningar endast på en sida.

4. Testa omvandlaren på CH340G-chippet

För att vara säker på att modulen fungerar och att den verkligen säkerställer driften av alla signaler som finns i COM-porten, genomförde jag dess grundliga tester. Alla tester klarade, som de säger, utan problem, varav jag drar slutsatsen att denna gränssnittsomvandlare kan rekommenderas för användning i alla enheter och konstruktioner som kräver anslutning till en dator via RS232TTL. Inklusive för användning som mikrokontrollerprogrammerare, som beskrivs i artikeln.

Testning utfördes med flera scenarier för programmet Perpetuum M. Du kan även testa din egen omvandlare. Ladda ner (de är packade i ett arkiv) och separat. Glöm inte att kontrollera och vid behov ändra portnumret i skripten, annars fungerar de inte. Du kan ta reda på portnumret i ditt fall genom avsändaren Windows-enheter. I början av varje scenario (och de kan öppnas textredigerare, till exempel, anteckningar) kommer du att se raden "PortName="COM3";. Istället för siffran 3 anger du numret du behöver. Till exempel, om en COM4-enhet visas i Enhetshanteraren när en modul är ansluten, måste du i varje scenario ange "COM4" istället för "COM3".

Nu ska jag berätta mer om testprocessen. Först installerade jag en bygel mellan stiften på kontakten TXD Och RXD så att data från sändaren omedelbart kommer till mottagaren. Således "loopade" jag porten så att den kunde överföra data till sig själv. Detta gör att du kan testa både sändare och mottagare samtidigt utan att ansluta till en annan port. Sedan körde jag skriptet "Testa en COM-port genom att överföra en fil genom den" och valde en slumpmässigt uppskruvad fil på 653 KB. Filkopieringen lyckades. Den kopierade filen visade sig vara helt identisk med originalet, vilket indikerar hälsan hos mottagaren och sändaren för UART-modulen.

Därefter körde jag sekventiellt skripten "Testa TXD COM-portutgång", "Testa DTR COM-portutgång" och "Testa RTS COM-portutgång", efter att tidigare ha anslutit en voltmeter till motsvarande utgång för varje fall. Genom att ange nollor och ettor i programmets dialogruta såg jag till att de visas framgångsrikt på portens utgångar. Samtidigt visade det sig att TXD-utgången visar logiska nivåer utan inversion, det vill säga när noll matas ut, låg spänning, när man matar ut en - hög, och utgångarna DTR och RTS fungerar med inversion. Detta bör beaktas när du använder denna modul under utveckling.

Sedan lanserade jag skriptet "Testa COM-portingångar", som visar status för fyra portingångar i realtid: CTS, DSR, RI, DCD. Genom ett 5,6K-motstånd började jag ansluta en efter en var och en av ingångarna antingen till en gemensam tråd (GND) eller till en + 5V kraftledning. Det visade sig följande. Alla ingångar är operativa, alla ger ett omvänt tillstånd under en mjukvaruundersökning. Alla har en "pull-up" till matningsspänningen, det vill säga den "hängande" ingången har en logisk enhetsnivå och följaktligen, på grund av inversionen, läses den som "0" av programvaran. När man ansluter ingången genom ett 5,6K-motstånd till GND-kontaktstiftet, går varje ingång lätt in i ett logiskt nolltillstånd (programmässigt läses som "1"), vilket innebär att resistansen hos den inbyggda "pullup" är minst en storleksordning högre än 5,6K. Observera att i moduler baserade på PL2303-chipet är det mycket svårare att "döda" den inbyggda "pull-up" på grund av dess låga motstånd.

För att sammanfatta: förutom möjligheten till seriell dataöverföring via UART, har vi tre oberoende styrda utgångar ( TXD, DTR, RTS), varav en är direkt (TXD) och två är invers, samt fyra mjukvarupollade inversa ingångar med en "pull-up" till matningsspänningen ( CTS, DSR, RI, DCD). Om du planerar att använda UART kommer det bara att finnas två oberoende utgångar, eftersom TXD-utgången är signalen från UART-sändaren. Detta gäller inte ingångarna – det kommer fortfarande att finnas fyra av dem.

Jag måste säga om ytterligare en möjlighet, som påstås låta dig ändra nivån på en logisk enhet vid utgångarna genom att ordna om bygeln, beroende på vilken spänning mikrokretsarna som är anslutna till denna modul drivs av: 5V eller 3,3V. Det vill säga, frågan om matchande nivåer håller på att lösas. Jag skriver om detta "chip" med visst förakt, eftersom det är implementerat på ett konstigt sätt och inte inger förtroende. Det finns dock inget särskilt behov av det, eftersom harmonisera nivåerna mellan 5V och 3,3V är enkelt på andra sätt. Och här är grejen. Modulen har tre stift: 5V, VCC och 3,3V. Med en bygel (den ingår till och med i satsen) kan du stänga 5V och VCC, eller VCC och 3,3V. Eller så kan du inte ställa in det alls, eftersom med fullständig frånvaro av en bygel fungerar allt på samma sätt som om det är installerat mellan VCC och 3,3V. Spänningen på 5V-stiftet motsvarar trådspänningen + 5V USB uttag. På VCC-stiftet, i avsaknad av en bygel, finns det en spänning på cirka 3,8V, och på 3,3V-stiftet - cirka 3,2V. Om bygeln är installerad mellan 5V och VCC, finns det i princip inga frågor - TTL-nivåer fungerar, det vill säga en logisk enhet når fem volt. Men om du installerar en bygel mellan VCC och 3,3V, uppstår frågor, för i det här fallet stiger spänningen på 3,3V-stiftet till 3,8V (som det var på VCC innan bygeln installerades), och den logiska enheten vid portutgångarna når 3,6 ...3,8V, vilket är för mycket för 3,3V. Utan en bygel installerad vid utgångarna når enhetsnivån också 3,6 ... 3,8V. Kanske kommer ingenting att brinna ut i det här fallet, men betoningen på de högsta tillåtna värdena är inte den bästa faktorn för tillförlitlighet.

5. Fördelar och nackdelar med CH340G-omvandlaren

Av bristerna noterade jag bara två mindre bagateller som kan ignoreras med ett kompetent tillvägagångssätt. En av dem är inte helt framgångsrik överenskommelse med 3,3V-standarden. Men om du inte använder 3,3V ström, eller så gör du det, men uppgiften att matcha nivåer är inget problem för dig, då är allt i sin ordning. Det andra minuset är att alla lysdioder i denna modul av samma färg är röda, vilket gör att du kommer ihåg deras plats om du vill navigera efter dem. Men i verkligheten är behovet av lysdioder inte så stort, och om de fortfarande behövs kan du ersätta dem med dina egna.

Det finns definitivt fler plus. Först och främst glädjer det frånvaron av problem med förarna. Som jag sa ovan, för mikrokretsar CH340 drivrutiner för Windows installeras automatiskt, inklusive senaste versionerna OS. Men med omvandlare på PL2303-chippet är allt mycket mer komplicerat. För gamla marker finns inga drivrutiner för nya Windows-versioner. Och de gamla mikrokretsarna förr i tiden släpptes ut av havet. Om jag inte har fel så var detta anledningen till att utvecklarna inte stödde de gamla mikrokretsarna. Det verkar som att det fanns något slags upphovsrättsproblem – det fanns många förfalskade mikrokretsar på marknaden. Och sedan ändrade utvecklarna, utan att i grunden ändra något i den nya mikrokretsen, bara hur den svarar på förarens begäran. Grovt sett, på frågan "Vem är du?", började den nya mikrokretsen svara: "Jag är Vasya-plus." Och om föraren får svaret "Jag är Vasya", säger han till denna mikrokrets: "Gå genom skogen, Vasya utan plus." Det vill säga rent tekniskt ny förare skulle kunna fungera med det gamla chippet. Så vitt jag vet finns det till och med sätt att komma runt detta gissel - antingen tvingas den nya föraren på något sätt arbeta med det gamla chippet, eller gammal förare"fäst" till det nya operativsystemet.

En annan bekvämlighet med denna modul är att stiftavståndet på CH340G-chippet är mycket större, så lödning är mycket lättare. Denna mikrokrets har bara 16 stift, bland vilka i princip bara de mest nödvändiga, till skillnad från PL2303, där det tydligen finns stift för alla tillfällen.

Enligt min åsikt kan den höga resistansen i "pull-up" av ingångarna också betraktas som ett plus, vilket minskar strömmen på den logiska nollan, vilket gör att den ställer färre krav på signalkällan. Om kraven på skydd mot störningar är mycket höga, kan du enkelt organisera en extra "pull-up" med ett externt motstånd. När du använder denna modul som en roll (se bilden till höger) kan du installera alla motstånd med samma resistans (1K ... 4,3K). Det vill säga, det krävs inte att kraftigt underskatta motståndet vid CTS-ingången.

Jag kommer att tillägga att i det förflutna spenderade jag jämförande testning två omvandlare på mikrokretsar PL2303 Och CH340. CH340 vann definitivt - i extrema lägen var det mycket svårare att få fel i arbetet med den. Även om det var en omvandlare av en annan design (adaptersladd), men som det verkar för mig kan man förvänta sig att andra modeller av omvandlare i CH340-familjen inte är mindre pålitliga.

Om du har frågor eller kommentarer om den här artikeln, skriv till eller mail.ru (jkit box).

Från korrespondens med en webbplatsbesökare

05/12/2017 Gäst:
Hej Eugene.
.htm
Jag har samma omvandlare (en till en).
Faktum är att jag behöver uppdatera FlySky i6-utrustningen till 10 kanaler. Initialt är bygeln i "VCC-3V3"-läget. Förstod jag rätt att det ska lämnas som det är? Förlåt, men jag är utanför ämnet, det är därför jag ställer den här frågan. Jag vill inte bränna någonting.

14.05.2017
Hej Vladimir!
Svaret på din fråga beror på specifikationer utrustningen till vilken du ansluter modulen på CH340G. Jag har inte stött på den här utrustningen, så jag kan inte säga säkert. Länken du gav ger ett fel 404. Men även om länken fungerade hade jag knappast hittat tid att förstå den utrustningen i detalj. Prova VCC-3V3 först. Jag tror inte att det kommer att bli värre. För säkerhets skull, sätt 1 kΩ motstånd i varje signaltråd (detta beror på att det faktiskt inte är 3,3 V, utan mer).

14/05/2017 Gäst:
Hej Eugene.
Tack för rådet! Det är faktiskt bättre att börja smått.
Och 1 kOhm är baserat på vilken ström det var? (Jag vet bara inte vilka strömmar som flyter genom signaltråden, och jag kunde inte hitta den någonstans)

17.05.2017
Hej Vladimir!
Frågan är felaktigt formulerad. Varför behöver du veta aktuell? Jag tog 1 kOhm "med ögat", baserat på det faktum att om någonstans, till och med på något sätt, 5 V appliceras på motståndet i en nödsituation (och mer, i teorin borde det inte vara i närheten), så kommer strömmen vara 5 mA, vilket inte bör leda till negativa konsekvenser.

17/05/2017 Gäst:
Hej Eugene.
Han talade om strömmen, eftersom om det är nära noll så blir det inget spänningsfall över motståndet och uteffekten blir densamma 3,6 V istället för 3,3 V. Men jag förstod innebörden av din återförsäkring, tack för kommentaren.

19.05.2017
Hej Vladimir!
Det finns helt icke-linjära element. Och poängen är inte att de extra 0,3 V kan bryta något med spänning, utan bara att även en liten ökning av spänningen plötsligt kan orsaka en icke-linjärt snabb ökning av strömmen. Till exempel kan skyddsdioder vid ingångarna etc. öppnas. Motståndet ger linjäritet till kretsen och förhindrar en sådan utveckling av händelser. Och normala strömmar är vanligtvis små (men inte alltid), så ett motstånd bör inte komma i vägen. Ett undantag är en lågresistans pull-up vid ingången. Då kommer motståndet inte att låta det "övervinna" och kommer inte att fungera. Detta detekteras av ett oscilloskop, eller till och med en voltmeter (i statiskt läge).

19/05/2017 Gäst:
Hej Eugene.
Tack så mycket för den utförliga förklaringen. Nu förstår jag åtminstone mekanismen för ett sådant skydd. Och då trodde jag redan att kineserna medvetet kunde överskatta spänningen, med hänsyn till fallet när belastningen slogs på. Nu står det klart att detta bara är ett fel.

20.05.2017
Hej Vladimir!
För att spänningen inte ska "sjunka" när lasten är ansluten, ökas lastkapaciteten på utgången. "Extra" spänning tillkommer inte för detta. Naturligtvis är 3,6V istället för 3,3V inte så mycket, och det är osannolikt att något går sönder på grund av det. Men det är farligt att mata 3,8 V till ingången på en mikrokrets som drivs av en 3,3 V-källa, eftersom de extra 0,5 V redan är ganska kapabel att öppna en skyddsdiod vid ingången, och om utgångsbelastningskapaciteten är hög kan den skada ingången som är ansluten till den. "Säkerhets"-motståndet förhindrar detta.